KR20150017433A - Zero voltage switching full-bridge dc-dc converter - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 넓은 부하 범위에서도 동작 가능한 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터에 관한 것이다. The present invention relates to a zero voltage switching full-bridge dc-dc converter, and more particularly to a zero voltage switching full-bridge dc-dc converter operable in a wide load range.
최근에 전자 장치가 소형화되면서, 전자 장치에 전원을 공급하는 전력 변환기 역시 소형화가 요청되고 있다. 이러한 전력 변환기의 소형화를 위해서는 고주파 스위칭이 필수적으로 요구되나, 스위칭 주파수가 높아질 경우, 전력용 반도체 소자의 스위칭 손실에 의해 전력 변환기의 효율이 매우 낮아지며, 발열로 인해 실제 구현이 불가능한 경우가 있다. Background Art [0002] With the recent miniaturization of electronic devices, power converters that supply power to electronic devices have also been required to be miniaturized. In order to miniaturize the power converter, high frequency switching is indispensably required. However, when the switching frequency is increased, the efficiency of the power converter is extremely reduced due to the switching loss of the power semiconductor device.
이러한 전력용 반도체 소자의 스위칭 손실을 줄이는 방법은 영전압 스위칭 (Zero Voltage Switching), 영전류 스위칭 (Zero Current Switching), 공진형 컨버터 (Resonant Converter) 등이 있으며 이를 통칭하여 소프트 스위칭 (Soft Switching) 이라 부른다.Zero Voltage Switching, Zero Current Switching, and Resonant Converter are examples of methods for reducing the switching loss of the power semiconductor device. Soft switching devices are generally referred to as soft switching devices. I call it.
그러나 종래의 소프트 스위칭은 부하 조건에 따라 특성이 크게 달라져서 넓은 부하범위에서 소프트 스위칭 효과를 얻기 어려운 점이 있었다. 따라서, 넓은 부하 범위에서도 소프트 스위칭 효과를 갖는 전력변환장치가 요구되었다. However, the conventional soft switching greatly differs in characteristics depending on the load conditions, making it difficult to obtain a soft switching effect in a wide load range. Therefore, there is a demand for a power conversion device having a soft switching effect even in a wide load range.
따라서, 본 발명의 목적은 넓은 부하 범위에서도 동작가능한 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터를 제공하는 데 있다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a zero voltage switching full-bridge dc-to-dc converter operable in a wide load range.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터는, 직류 전원을 입력받으며, 상기 입력된 직류 전원을 4개의 스위치를 이용하여 교류 전원으로 출력하는 풀-브리지 DC-AC 컨버터, 인덕터 및 커패시터를 포함하는 공진부, 상기 4개의 스위치의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기하는 트랜스부, 및, 상기 트랜스부에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류부를 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a DC-DC converter including: a DC-DC converter for receiving a DC power source and outputting the input DC power through an AC power source using four switches; A resonance unit including a converter, an inductor and a capacitor, a transformer for converting a voltage applied to the primary winding into a secondary winding according to a switching operation of the four switches, and a transformer for rectifying the voltage output from the transformer, And outputting the voltage as a voltage.
이 경우, 상기 DC-AC 컨버터는, 전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위칭부, 및, 상기 제1 스위칭부와 병렬 연결되며, 상기 전원에서 상기 접지로 직렬 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위칭부를 포함하며, 상기 트랜스부의 1차 측 권선의 일 단은, 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 일 단과 공통 연결되고, 상기 트랜스부의 1차 측 권선의 타 단은, 상기 제3 스위치의 타 단 및 상기 제4 스위치의 일 단과 공통 연결될 수 있다. In this case, the DC-AC converter includes a first switching unit including a first switch and a second switch serially connected from a power source to ground, and a second switching unit connected in parallel with the first switching unit, Wherein one end of the primary side winding of the transformer is commonly connected to the other end of the first switch and one end of the second switch, And the other end of the negative primary winding can be commonly connected to the other end of the third switch and one end of the fourth switch.
이 경우, 상기 공진부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 제1 스위치의 양단 전압 및 상기 제2 스위치의 양단 전압이 0 전압을 갖도록 할 수 있다. In this case, when both of the first switch and the second switch are turned off, the resonance unit may make the both-end voltage of the first switch and the both-end voltage of the second switch have zero voltage.
한편, 상기 직류-직류 컨버터는, 상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 교번적으로 스위칭 되도록 상기 제1 스위칭부를 제어하고, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치가 교번적으로 스위칭 되도록 상기 제2 스위치부를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다. The DC-DC converter controls the first switching unit such that the first switch and the second switch are alternately switched, and the second switch unit is controlled so that the third switch and the fourth switch are alternately switched, And a control unit for controlling the display unit.
이 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제1 시간 이후에 오프 상태의 제2 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제2 시간 이후에 오프 상태의 제1 스위치를 온시킬 수 있다. In this case, when the first switch is changed from the on state to the off state, the control unit turns on the second switch in the off state after a predetermined first time, and when the second switch changes from the on state to the off state , It is possible to turn on the first switch in the off state after a predetermined second time.
한편, 상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 MOSFET일 수 있다. Meanwhile, the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch may be MOSFETs.
이 경우, 상기 MOSFET은 출력 커패시터를 구비하며, 상기 공진부는, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 출력 커패시터의 충전된 전하를 방전시킬 수 있다. In this case, the MOSFET has an output capacitor, and the resonance part can discharge the charged electric charge of the output capacitor when both the first switch and the second switch are off.
한편, 상기 제1 스위치는, 일 단이 상기 전원 및 상기 제3 스위치의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 상기 트랜스부, 상기 제2 스위치 및 상기 공진부의 일 단과 공통 연결되며, 상기 제2 스위치는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 트랜스부 및 상기 공진부의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 상기 접지, 제4 스위치의 타 단 및 상기 공진부의 타 단과 공통 연결될 수 있다. The first switch is connected in common to one end of the power source and the third switch and the other end is commonly connected to one end of the transformer, the second switch, and the resonator, One end of the first switch is commonly connected to one end of the other end of the first switch, the transformer and the resonator, and the other end is commonly connected to the other end of the ground, the fourth switch, and the other end of the resonator.
이 경우, 상기 공진부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단, 상기 트랜스부와 공통 연결되는 제1 인덕터, 및, 일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되며, 타 단이 상기 제2 스위치의 타 단, 상기 제4 스위치의 타 단 및 상기 접지와 공통 연결되는 커패시터를 포함할 수 있다. In this case, the resonance portion includes a first inductor whose one end is connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer portion, and one end is connected to the other end of the inductor, And a capacitor whose other end is commonly connected to the other end of the second switch, the other end of the fourth switch, and the ground.
이 경우, 상기 트랜스부는, 일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 제1 인덕터의 일 단과 공통 연결되는 제2 인덕터, 및, 1차 권선의 일 단이 상기 제2 인덕터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제3 스위치의 타 단 및 상기 제4 스위치의 일 단과 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기를 포함할 수 있다. In this case, the transformer may include a second inductor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and one end of the first inductor, And the other end of the primary winding is commonly connected to the other end of the third switch and the one end of the fourth switch and the secondary winding is connected to the rectifying unit .
이 경우, 성가 제2 인덕터는, 상기 변압기의 누설 인덕턴스일 수 있다. In this case, the biphasic second inductor may be the leakage inductance of the transformer.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 새로운 방식의 영전압 스위칭 회로를 구비한 풀-브리지 직류-직류 컨버터 회로를 고안하여 넓은 부하범위에서 영전압 스위칭을 가능케 하여, 스위칭 손실을 줄여 효율을 향상시키고, 이에 따라 스위칭 손실에 의해 제한되었던 고주파 스위칭이 가능하게 되므로 전력변환장치의 소형화를 이룰 수 있다.As described in detail above, the present invention contemplates a full-bridge DC-DC converter circuit with a new zero voltage switching circuit to enable zero voltage switching in a wide load range, thereby reducing switching losses and improving efficiency Frequency switching, which is limited by the switching loss, can be achieved, and thus miniaturization of the power conversion device can be achieved.
따라서 본 발명에서 고안된 회로를 컴퓨터 서버용 전원장치, 휴대용 기기의 전원장치, 디스플레이 및 조명회로 등에 적용하면 이들 기기의 효율향상과 소형화를 얻을 수 있다.Therefore, when the circuit designed in the present invention is applied to a power supply for a computer server, a power supply for a portable apparatus, a display, and an illumination circuit, efficiency improvement and miniaturization of the apparatus can be obtained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터의 구성을 나타내는 블록도,
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 3은 제1 실시 예에 따른 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터의 회로 동작을 위한 스위치 파형도,
도 4 내지 도 11은 도 3의 각 시간 과정에서의 직류-직류 컨버터의 전류 패스를 도시한 도면,
도 12는 제2 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도,
도 13은 부하 조건이 50%인 경우의 도 2의 직류-직류 컨버터의 동작 파형도, 그리고,
도 14는 부하 조건이 5%인 경우의 도 2의 직류-직류 컨버터의 동작 파형도이다. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a zero voltage switching full-bridge DC-DC converter according to an embodiment of the present invention;
2 is a circuit diagram of a zero voltage switching full-bridge DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention,
FIG. 3 is a switch waveform diagram for circuit operation of the zero voltage switching full-bridge DC-DC converter according to the first embodiment,
FIGS. 4 to 11 are diagrams showing current paths of the DC-DC converter in each time process of FIG. 3;
12 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to the second embodiment,
13 is an operational waveform diagram of the DC-DC converter of FIG. 2 when the load condition is 50%, and FIG.
14 is an operational waveform diagram of the DC-DC converter of FIG. 2 when the load condition is 5%.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터(이하, 직류-직류 컨버터라고 지칭함)의 구성을 나타내는 블록도이다. 1 is a block diagram showing the configuration of a zero-voltage switching full-bridge DC-DC converter (hereinafter referred to as a DC-DC converter) according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 직류-직류 컨버터(100)는 DC-AC 컨버터(110), 공진부(120), 트랜스부(130), 정류부(140) 및 제어부(150)로 구성될 수 있다. Referring to FIG. 1, the DC-
DC-AC 컨버터(110, 또는 직류-교류 컨버터)는 직류 전원을 입력받으며, 입력된 직류 전원을 4개의 스위치를 이용하여 교류 전원으로 출력하는 풀-브리지 DC-AC 컨버터이다. 구체적으로, DC-AC 컨버터(110)는 전원에 대해서 병렬 연결된 제1 스위칭부(111) 및 제2 스위칭부(115)를 포함한다. 여기서 제1 스위칭부(111) 및 제2 스위칭부(115) 각각은 전원에서 접지로 직렬 연결된 2개의 스위치(예를 들어, 제1 스위치와 제2 스위치 또는 제3 스위치와 제4 스위치)를 포함하며, 각 스위칭부(111, 115)는 내부의 복수의 스위치를 교번적으로 스위칭 동작시켜 일정 주파수의 펄스형 전압을 생성할 수 있다. DC-AC 컨버터(110)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 후술한다. 여기서 제1 스위치 내지 제4 스위치는 전력용 반도체 스위치인 MOSFET일 수 있으며, IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자일 수 있다. The DC-AC converter 110 (or the DC-AC converter) is a full-bridge DC-AC converter that receives DC power and outputs the input DC power to the AC power using four switches. Specifically, the DC-
공진부(120)는 DC-AC 컨버터(110)의 제1 스위치 및/또는 제2 스위치와 병렬 연결되며, 제1 스위치 및 제2 스위치 모두가 오프된 경우, 제1 스위치의 양단 전압 및 제2 스위치의 양단 전압이 0 전압을 갖도록 한다. 공진부(120)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. 한편, 이상에서는 공진부(120)가 제1 스위치 및/또는 제2 스위치 상에 연결되는 것으로 설명하였지만, 구현시에 공진부(120)는 제3 스위치 및/또는 제4 스위치와 병렬 연결될 수도 있다. The
트랜스부(130)는 DC-AC 컨버터(110)의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기한다. 트랜스부(130)의 구체적인 구성에 대해서는 도 2를 참조하여 설명한다. The
정류부(140)는 트랜스부(130)에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력한다. 구체적으로, 정류부(140)는 도 2에 도시된 바와 같이 풀-브리지 정류기로 구현될 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 센터-탭 정류기로 구현될 수도 있다. The rectifying
제어부(150)는 제1 스위칭부(111) 내의 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(113)가 교번적으로 스위칭되도록 DC-AC 컨버터(110)를 제어한다. 그리고 제어부(150)는 제2 스위칭부(115) 내의 제3 스위치(116) 및 제4 스위치(117)가 교번적으로 스위칭되도록 DC-AC 컨버터(110)를 제어한다. 구체적으로, 제어부(150)는 암 쇼트(Arm short) 방지 및 영전압 스위칭 구간 확보를 위해 일정시간 두 스위치 모두가 오프되도록 제1 스위치 및 제2 스위치(또는 제3 스위치 및 제4 스위치)를 교번적으로 스위칭한다. 예를 들어, 제어부(150)는 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제1 시간 이후에 제2 스위치를 온시키고, 제2 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제2 시간 이후(즉, 데드타임 이후)에 제1 스위치를 온시킬 수 있다. 여기서 기설정된 제1 시간 및 제2 시간은 같을 수 있으며, 다를 수도 있다. 그리고 제어부(150)는 제3 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제1 시간 이후에 제4 스위치를 온시키고, 제4 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화되면, 기설정된 제2 시간 이후에 제3 스위치를 온시킬 수 있다. 구체적인 제어부(150)의 제1 스위치 내지 제4 스위치에 대한 스위칭 제어는 도 3과 같을 수 있다. The
이상과 같이 본 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)는 제1 스위치 및 제2 스위치가 오픈된 상태인 경우에 제1 스위치 내지 제4 스위치의 양단 전압을 0 전압으로 만드는 공진부(120)를 구비하는바, 부하 조건과 무관하게 영전압 스위칭을 수행할 수 있게 된다.
As described above, the DC-
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 2 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to a first embodiment of the present invention.
DC-AC 컨버터(110)는 풀-브리지 DC-AC 컨버터이다. 풀-브리지 DC-AC 컨버터(110)는 직렬 연결된 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(113)와 직렬 연결된 제3 스위치(116) 및 제4 스위치(117)로 구성된다. DC-AC
제1 스위치(112)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭을 한다. 구체적으로, 제1 스위치(112)는 일 단이 DC 전원 및 제3 스위치(116)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 제2 스위치(113)의 일 단, 공진부(120)의 일 단 및 트랜스부(130)의 1차 권선의 일 단과 공통 연결된다. 여기서 제1 스위치(112)는 MOSFET으로 구현될 수 있으며, 이때, 드레인-소스 사이에는 역병렬 바디 다이오드(Body Diode)와 등가 커패시턴스(Co1)가 존재한다. 한편, 본 실시 예에서는 제1 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GAN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 제1 스위치를 구성할 수도 있다. The
제2 스위치(113)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭을 한다. 구체적으로, 제2 스위치(113)는 일 단이 제1 스위치(112)의 타 단, 공진부(120)의 일 단 및 트랜스부(130)의 1차 권선의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 DC 전원의 타 단, 공진부(120)의 타 단 및 제4 스위치(117)의 타 단과 공통 연결된다. 여기서 제2 스위치(113)는 MOSFET으로 구현될 수 있으며, 이때, 드레인-소스 사이에는 역병렬 바디 다이오드(Body Diode)와 등가 커패시턴스(Co4)가 존재한다. 한편, 본 실시 예에서는 제2 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 제2 스위치를 구성할 수도 있다. The
제3 스위치(116)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭한다. 구체적으로, 제3 스위치(116)는 일 단이 DC 전원 및 제1 스위치(112)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 제4 스위치(117)의 일 단 및 트랜스부(130)의 1차 권선의 타 단과 공통 연결된다. 여기서 제3 스위치(116)는 MOSFET으로 구현될 수 있으며, 이때, 드레인-소스 사이에는 역병렬 바디 다이오드(Body Diode)와 등가 커패시턴스(Co2)가 존재한다. 한편, 본 실시 예에서는 제3 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 제3 스위치를 구성할 수도 있다. The
제4 스위치(117)는 제어부(150)에서 제공되는 제어 신호에 따라 선택적으로 스위칭한다. 구체적으로, 제4 스위치(117)는 일 단이 제3 스위치(116)의 타 단 및 트랜스부(130)의 1차 권선의 타 단과 공통 연결되고, 타 단이 DC 전원의 타 단, 공진부(120)의 타 단 및 제2 스위치(113)의 타 단과 공통 연결된다. 여기서 제4 스위치(117)는 MOSFET으로 구현될 수 있으며, 이때, 드레인-소스 사이에는 역병렬 바디 다이오드(Body Diode)와 등가 커패시턴스(Co3)가 존재한다. 한편, 본 실시 예에서는 제4 스위치를 MOSFET으로 구현한 예만을 도시하였으나, 구현시에는 IGBT, SiC, GaN 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 이용하여 제4 스위치를 구성할 수도 있다.The
공진부(120)는 직렬 연결된 제1 인덕터(121) 및 커패시터(122)로 구성된다. 한편, 도시된 예에서는 상부에 제1 인덕터(121)가 연결되고 하부에 커패시터(122)가 연결된 것으로 도시하였으나, 구현시에는 상부에 커패시터(122)가 연결되고, 하부에 제1 인덕터(121)가 연결되는 형태로 구현할 수도 있다. The
제1 인덕터(121)는 일 단이 제1 스위치(112)의 타 단, 제2 스위치(113)의 일 단, 트랜스부(130)와 공통 연결되고, 타 단이 커패시터(122)와 연결된다. One end of the
커패시터(122)는 일 단이 제1 인덕터(121)의 타 단과 연결되고, 타 단이 제2 스위치(113)의 타 단, 제4 스위치(117)의 타 단 및 접지와 공통 연결된다. One end of the
공진부(120)의 공진 주파수는 며, 안정된 영전압 스위칭 동작을 위해서는 공진 주파수를 스위칭 주파수보다 충분히 낮게 설정하는 것이 바람직하다. The resonance frequency of the
트랜스부(130)는 제2 인덕터(131) 및 변압기(132)로 구성된다. The
제2 인덕터(131)는 변압기(132)의 누설 인덕턴스이다. 구체적으로, 제2 인덕터(131)는 일 단이 제1 스위치(112)의 타 단, 제2 스위치(113)의 일 단 및 공진부(120)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 변압기(132)의 1차 권선의 일 단에 연결된다. The
변압기(132)는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 1차 측에 인가된 전압은 변압기(132)의 권선 비에 비례하여, 즉 변압기의 권선비가 N:1일 때, 1차 측에 인가된 전압의 1/N배가 2차 측 권선에 인가된다. 구체적으로, 변압기(132)의 1차 코일의 일 단은 제2 인덕터(131)의 타 단과 연결되고, 1차 코일의 타 단은 제3 스위치(116)의 타 단 및 제4 스위치(117)의 일 단에 공통 연결된다. 그리고 변압기(132)의 2차 코일은 정류부(140)와 연결된다. 한편, 2차 측 정류부(140)가 센터 탭 정류기인 경우, 2차 코일의 중심은 출력단의 접지에 연결될 수 있다. The
정류부(140)는 변압기(132)에서 출력되는 전압(구체적으로, 고주파수 교류 전압)을 정류하여 직류 전압으로 출력한다. 구체적으로, 정류부(140)는 풀-브리지 정류기로 구현될 수 있으며, 센터-탭 정류기로 구현될 수 있다. The rectifying
정류부(140)가 도 2와 같이 풀-브리지 정류기로 구현되는 경우, 정류부(140)는 제1 다이오드(141), 제2 다이오드(142), 제3 다이오드(143), 제4 다이오드(144), 출력 인덕터(145), 출력 커패시터(146)를 포함한다. 2, the rectifying
제1 다이오드(141)는 애노드가 변압기(132)의 2차 코일의 일 단 및 제4 다이오드(144)의 캐소드와 공통 연결되고, 캐소드가 제2 다이오드(142)의 캐소드 및 출력 인덕터(145)의 일 단과 공통 연결된다. The
제2 다이오드(142)는 애노드가 변압기(132)의 2차 코일의 타 단 및 제3 다이오드(143)의 캐소드와 공통 연결되고, 캐소드가 제1 다이오드(141)의 캐소드 및 출력 인덕터(145)와 공통 연결된다.The
제3 다이오드(143)는 애노드가 제4 다이오드(144)의 애노드 및 출력 커패시터(146)의 타 단과 공통 연결되며, 캐소드가 변압기(132)의 2차 코일의 타 단 및 제2 다이오드(142)의 애노드와 공통 연결된다. The
제4 다이오드(144)는 애노드가 제3 다이오드(143)의 애노드 및 출력 커패시터(146)의 타 단과 공통 연결되며, 캐소드가 변압기(132)의 2차 코일의 일 단 및 제1 다이오드(141)의 애노드와 공통 연결된다. The anode of the
출력 인덕터(145) 및 출력 커패시터(146)는 제1 내지 제4 다이오드에서 정류된 전압을 평활한다. 구체적으로, 출력 인덕터(145)는 일 단이 제1 다이오드(141)의 캐소드 및 제2 다이오드(142)의 캐소드와 공통 연결되며, 타 단이 출력 커패시터(146)의 일 단과 연결된다. The
출력 커패시터(146)는 일 단이 출력 인덕터(145)의 타 단과 연결되고, 타 단이 제4 다이오드(144)의 애노드 및 제3 다이오드(143)의 애노드에 공통 연결된다. 여기서 출력 커패시터(146)의 양단 전압이 직류-직류 컨버터의 출력 전압이다. One end of the
한편, 도시된 예에서는 정류부(140)를 풀-브리지 정류기를 이용하여 구현하였지만, 구현시에는 도 12에 도시된 바와 같이 센터-텝 정류기로 구현할 수도 있다. In the illustrated example, the rectifying
이상에서는 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)의 구성 및 회로에 대해서 설명하였으며, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참조하여, DC-AC 컨버터(110)의 동작에 따른 직류-직류 컨버터의 에너지 전달 동작을 설명한다.
The configuration and circuit of the DC-
도 3은 제1 실시 예에 따른 영전압 스위칭 풀-브리지 직류-직류 컨버터의 회로 동작을 위한 스위치 파형도이다. FIG. 3 is a switch waveform diagram for circuit operation of the zero voltage switching full-bridge DC-DC converter according to the first embodiment.
도 3에서 전압 Vg1, Vg2, Vg3, Vg4는 각각 MOSFET 스위치인 제1 스위치(M1), 제2 스위치(M2), 제3 스위치(M3), 제4 스위치(M4)를 구동하기 위한 게이트 펄스 파형이다. 각 게이트 펄스 파형은 50%의 듀티 비 (Duty ratio)를 가지며, Vg1과 Vg4, Vg2와 Vg3는 각각 서로 반대되는 스위칭 상태를 가진다. 그리고 Vg1과 Vg2, Vg3와 Vg4 파형 사이에는 컨버터 동작 시 각 레그 (Leg) 단락을 방지하고 영전압 스위칭을 위한 데드타임 Td가 주어진다. 그리고 게이트 펄스 Vg1와 Vg3 사이에는 위상지연 Tpd가 주어지며, Vg2와 Vg4는 각각 Vg1과 Vg3의 상보 출력이므로 두 파형 사이에도 동일한 위상지연이 주어진다.
3, voltages Vg1, Vg2, Vg3, and Vg4 are gate pulse waveforms for driving the first switch M1, the second switch M2, the third switch M3, and the fourth switch M4, which are MOSFET switches, to be. Each gate pulse waveform has a duty ratio of 50%, and Vg1 and Vg4, and Vg2 and Vg3 have switching states that are opposite to each other. Between Vg1 and Vg2, Vg3 and Vg4 waveforms, each leg is prevented from shorting during converter operation and dead time Td for zero voltage switching is given. A phase delay Tpd is given between the gate pulses Vg1 and Vg3, and since Vg2 and Vg4 are complementary outputs of Vg1 and Vg3, the same phase delay is given between the two waveforms.
도 4는 도 3의 t0-t1 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. FIG. 4 is a diagram showing a current path in a period t0-t1 of FIG. 3. FIG.
도 4를 참조하면, 제1 스위치(112), 제2 스위치(113), 제3 스위치(116)가 오프 상태이고, 제4 스위치(117)가 온 상태에서, 제1 스위치(112)가 온 상태로 전환되면, DC 전원(101, 또는 입력 전원), 제1 스위치(112), 제2 인덕터(131), 변압기(132)의 1차 권선, 제4 스위치(117)를 흐르는 제1 전류 패스가 형성된다. 4, when the
그리고 변압기(132)의 1차 권선의 전류 변화에 의하여 변압기(132)의 2차 권선에 전류가 유기되어, 변압기(132)의 2차 권선, 제1 다이오드(141), 출력 인덕터(145), 출력 커패시터(146) 및 제3 다이오드(143)를 흐르는 제2 전류 패스가 형성된다. The current in the primary winding of the
이때, 공진부(120) 내의 공진 전류가 흐르게 되며, 제1 인덕터(121)에 흐르는 전류와 커패시터(122)에 흐르는 전압은 증가하게 된다. At this time, the resonance current in the
이와 같은 스위치 상태에서 제4 스위치(117)가 오프 상태로 전환되면, 도 5와 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 5는 도 3의 t1-t2 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. FIG. 5 is a diagram showing a current path in a period from t1 to t2 in FIG.
도 5를 참조하면, 제2 스위치(113), 제3 스위치(116)가 오프 상태이고, 제1 스위치(112) 및 제4 스위치(117)가 온 상태에서, 제4 스위치(117)가 오프 상태로 전환되면, 제2 인덕터(131)에 의해 제1 스위치(112), 제3 스위치(116)의 드레인-소스 등가 커패시턴스(Co2) 사이에 전류 경로가 형성되고, 제3 스위치(116)의 드레인-소스 등가 커패시턴스(Co2)에 충전되어 있던 전압은 방전되어 0이 되며, 이로 인해 제3 스위치(116)의 역병렬 바디 다이오드가 도통된다. 5, when the
이 구간에서도 제1 인덕터(121)와 커패시터(122)에는 입력전압(vi)이 계속 인가되어 공진 전류가 흐르게 된다. In this period, the input voltage vi is continuously applied to the
이와 같은 스위치 상태에서 제3 스위치(116)가 온 상태로 전환되면, 도 6과 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 6은 도 3의 t2-t3 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. Fig. 6 is a diagram showing a current path in the section from t2 to t3 in Fig. 3. Fig.
도 6을 참조하면, 제2 스위치(113), 제3 스위치(116), 제4 스위치(117)가 오프 상태이고, 제1 스위치(112)가 온 상태에서, 제3 스위치(116)가 온 상태로 전환되면, 제3 스위치(116)의 양단 전압은 0이므로, 영전압 스위칭이 이루어진다. 6, when the
이 구간 동안, 제3 스위치(116)에는 소스에서 드레인으로 전류가 흐르게 된다. During this period, a current flows from the source to the drain of the
이 구간에서도, 제1 인덕터(121)와 커패시터(122)에는 입력전압(vi)이 계속 인가되어 공진 전류가 흐르게 된다. In this period, the input voltage vi is continuously applied to the
이와 같은 스위치 상태에서 제1 스위치(112)가 오프 상태로 전환되면, 도 7과 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 7은 도 3의 t3-t4 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. Fig. 7 is a diagram showing a current path in a period from t3 to t4 in Fig. 3. Fig.
도 7을 참조하면, 제2 스위치(113), 제4 스위치(117)가 오프 상태이고, 제1 스위치(112) 및 제3 스위치(116)가 온 상태에서, 제1 스위치(112)가 오프 상태로 전환되면, 제1 인덕터(121) 및 제2 인덕터(131)에 의해 제2 스위치(113)의 드레인-소스 커패시턴스(Co4)를 통한 전류 경로가 형성된다. 이 전류 경로를 통해 드레인-소스 커패시턴스(Co4)에 충전되었던 전압은 방전되어 0이 되며, 이로써 제2 스위치(113)의 역병렬 바디 다이오드가 도통된다. 7, when the
한편, 드레인-소스 커패시턴스(Co4)를 방전하는 데 있어, 제1 인덕터(121) 및 제2 인덕터(131)에 흐르는 전류에 있어서도 방전이 이루어지며, 공진부(120)에 흐르는 전류는 부하전류와 무관하므로 낮은 부하 전류에서도 빠른 시간에 드레인-소스 커패시턴스(Co4)을 방전시킬 수 있다. On the other hand, in discharging the drain-source capacitance Co4, the current is also discharged in the currents flowing in the
이와 같은 스위치 상태에서 제2 스위치(113)가 온 상태로 전환되면, 도 8과 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 8은 도 3의 t4-t5 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. FIG. 8 is a diagram showing a current path in a period from t4 to t5 in FIG. 3; FIG.
도 8을 참조하면, 제1 스위치(112), 제2 스위치(113), 제4 스위치(117)가 오프 상태이고, 제3 스위치(116)가 온 상태에서, 제2 스위치(113)가 온 상태로 전환되면, 제2 스위치(113)의 양 단 전압은 0이므로, 영전압 스위칭이 이루어진다. 8, when the
이 구간 동안, 제2 스위치(113)와 제3 스위치(116)가 온 된 상태인바, DC 전원(101), 제3 스위치(116), 변압기(132)의 1차 권선, 제2 인덕터(131), 제2 스위치(113)를 흐르는 제3 전류 패스가 형성된다. 이때, 변압기(132)의 1차 권선에는 -입력전압이 인가된다. The
그리고 변압기(132)의 1차 권선의 전류 변화에 의하여 변압기(132)의 2차 권선에 전류가 유기되어, 변압기(132)의 2차 권선, 제2 다이오드(142), 출력 인덕터(145), 출력 커패시터(146) 및 제4 다이오드(144)를 흐르는 제4 전류 패스가 형성된다. The current in the primary winding of the
이때, 공진부(120)는 커패시터(122)에 충전된 전압에 의해 제2 스위치(113)를 통해 공진 전류가 흐르게 된다. At this time, a resonance current flows through the
이와 같은 스위치 상태에서 제3 스위치(116)가 오프 상태로 전환되면, 도 9와 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 9는 도 3의 t5-t6 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. FIG. 9 is a diagram showing a current path in a period from t5 to t6 in FIG. 3; FIG.
도 9를 참조하면, 제1 스위치(112) 및 제4 스위치(117)가 오프 상태이고, 제2 스위치(113), 제3 스위치(116)가 온 상태에서, 제3 스위치(116)가 오프 상태로 전환되면, 제2 인덕터(131)에 의해 제2 스위치(113)와 제4 스위치(117)의 드레인-소스 등가 커패시턴스(Co3) 사이에 전류 경로가 형성되고, 제4 스위치(117)의 드레인-소스 등가 커패시턴스(Co3)에 충전되어 있던 전압은 방전되어 0이 되며, 이로 인해 제2 스위치(113)의 역병렬 바디 다이오드가 도통된다. 9, when the
이 구간에서 제1 인덕터(121)와 커패시터(122)에는 커패시터(122)에 충전된 전압에 의해 제2 스위치(113)를 통해 공진 전류가 흐르게 된다. In this section, a resonance current flows through the
이와 같은 스위치 상태에서 제4 스위치(117)가 온 상태로 전환되면, 도 10과 같은 전류 패스로 변경된다.
When the
도 10은 도 3의 t6-t7 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. Fig. 10 is a diagram showing a current path in a section from t6 to t7 in Fig. 3. Fig.
도 10을 참조하면, 제1 스위치(112), 제3 스위치(116) 및 제4 스위치(117)가 오프 상태이고, 제2 스위치(113)가 온 상태에서, 제4 스위치(117)가 온 상태로 전환되면, 제4 스위치(117)의 양 단 전압은 0이므로, 영전압 스위칭이 이루어진다.10, when the
이 구간 동안, 제4 스위치(117)에는 소스에서 드레인으로 전류가 흐르게 된다. During this period, a current flows from the source to the drain of the
이 구간에서 공진부(120)는 커패시터(122)에 충전된 전압에 의해 제2 스위치(113)를 통해 공진 전류가 지속적으로 흐르게 된다. In this section, the
이와 같은 스위치 상태에서 제2 스위치(113)가 오프 상태로 전환되며, 도 11과 같은 전류 패스로 변경된다.
In such a switch state, the
도 11은 도 3의 t7-t8 구간에서의 전류 패스를 도시한 도면이다. 11 is a diagram showing a current path in a period from t7 to t8 in Fig.
도 11을 참조하면, 제1 스위치(112), 제3 스위치(116)가 오프 상태이고, 제2 스위치(113), 제4 스위치(117)가 온 상태에서, 제2 스위치(113)가 오프 상태로 전환되면, 제1 인덕터(121) 및 제2 인덕터(131)에 의해 제1 스위치(112)의 드레인-소스 커패시턴스(Co1)을 통한 전류 경로가 형성된다. 이 경로를 통해 제1 스위치(112)의 드레인 소스 커패시턴스(Co1)에 충전되었던 전압은 방전되어 0이 되며, 이로 인해 제1 스위치(112)의 역병렬 바디 다이오드가 도통된다. 11, when the
제1 스위치(112)의 드레인 소스 커패시턴스(Co1)를 방전하는 데 있어, 트랜스부(130)의 제2 인덕터(131)뿐만 아니라 공진부(120)의 제1 인덕터(121)에 흐르는 전류에 있어서도 방전이 이루어지며, 공진부(120)에 흐르는 전류는 부하전류와 무관하므로 낮은 부하전류에서도 빠른 시간에 방전을 시킬 수 있다.
In discharging the drain source capacitance Co1 of the
상술한 도 4 내지 도 11과 같은 일련의 동작에서 1차 측 전압은 t0-t1 구간(도 4), t4-t5 구간(도 8)에서 2차 측으로 전달되며, 2차 측으로 전달되는 전압의 실효 듀티 비는 수학식 1과 같다. 4 to 11, the primary side voltage is transmitted to the secondary side in the period t0-t1 (FIG. 4) and the period t4-t5 (FIG. 8) The duty ratio is expressed by Equation (1).
여기서, D는 실효 듀티비, Td는 영전압 스위칭을 위한 데드타임, Tpd는 우상지연, Ts는 스위칭 주기이다. Where D is the effective duty ratio, Td is the dead time for zero voltage switching, Tpd is the upper right delay, and Ts is the switching period.
이때, 직류-직류 컨버터(100)의 출력전압은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다. At this time, the output voltage of the DC-
이상과 같이 본 실시 예에 따른 DC-DC 컨버터 내의 DC-AC 컨버터 내의 4개의 스위치는 드레인-소스 전압이 영인 조건에서 스위칭이 가능하여, 스위칭 손실을 크게 줄일 수 있으며 이로 인해 고주파 스위칭이 가능하다. 특히 MOSFET 스위치 M1, M4의 영전압 스위칭시 공진부(120)의 제1 인덕터, 커패시터의 동작에 의해 빠르게 방전이 이루어지고, 이러한 회로의 방전 동작이 부하조건과는 무관하므로 넓은 부하범위에서 영전압 스위칭을 실현할 수 있다.
As described above, the four switches in the DC-AC converter in the DC-DC converter according to the present embodiment can switch under the condition that the drain-source voltage is zero, thereby greatly reducing the switching loss and thereby enabling high frequency switching. Particularly, during the zero voltage switching of the MOSFET switches M1 and M4, the first inductor and the capacitor of the
도 12는 제2 실시 예에 따른 영전압 스위칭 직류-직류 컨버터의 회로도이다. 구체적으로, 제2 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100')는 센터-탭 정류기를 이용하여 정류부(140')를 구현한 경우의 실시 예이다. 12 is a circuit diagram of a zero voltage switching DC-DC converter according to the second embodiment. Specifically, the DC-DC converter 100 'according to the second embodiment is an embodiment in which the rectifying part 140' is implemented using a center-tap rectifier.
제2 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100')는 트랜스부(130') 및 정류부(140')를 제외하고 DC-AC 컨버터(110) 및 공진부(120)의 구성은 제1 실시 예에 따른 직류-직류 컨버터(100)와 동일한바, DC-AC 컨버터(110) 및 공진부(120)의 설명에 대해서는 생략한다. The configuration of the DC-
트랜스부(130')는 제2 인덕터(131) 및 변압기(132')로 구성된다. The transformer 130 'is composed of a
제2 인덕터(131)는 변압기(132')의 누설 인덕턴스이다. 구체적으로, 제2 인덕터(131)는 일 단이 제1 스위치(112)의 타 단, 제2 스위치(113)의 일 단 및 공진부(120)의 일 단과 공통 연결되고, 타 단이 변압기(132')의 1차 권선의 일 단에 연결된다. The
변압기(132')는 1차 코일 및 2차 코일을 포함하며, 1차 측에 인가된 전압은 변압기(132')의 권선 비에 비례하여, 즉 변압기의 권선비가 N:1일 때, 1차 측에 인가된 전압의 1/N배가 2차 측 권선에 인가된다. The transformer 132 'includes a primary coil and a secondary coil, and the voltage applied to the primary side is proportional to the winding ratio of the transformer 132', that is, when the winding ratio of the transformer is N: 1 / N times of the voltage applied to the secondary winding is applied to the secondary winding.
그리고 변압기(132')는 1차 코일의 일 단은 제2 인덕터(131)의 타 단과 연결되고, 1차 코일의 타 단은 제3 스위치(116)의 타 단 및 제4 스위치(117)의 일 단에 공통 연결된다. 그리고 변압기(132')의 2차 코일은 정류부(140')와 연결되며, 2차 코일의 중심은 출력단의 접지에 연결된다.One end of the primary coil of the transformer 132 'is connected to the other end of the
정류부(140')는 제5 다이오드(147), 제6 다이오드(148), 출력 인덕터(145) 및 출력 커패시터(146)로 구성된다. The rectification section 140 'is composed of a
제5 다이오드(147) 및 제6 다이오드(148)는 변압기(132')에서 출력되는 전압을 정류한다. The
제5 다이오드(147)는 애노드가 2차 코일의 일 단과 연결되고, 캐소드가 제2 다이오드(148)의 캐소드 및 출력 인덕터(145)의 일 단과 공통 연결된다. The
제6 다이오드(148)는 애노드가 2차 코일의 타 단과 연결되고, 캐소드가 제5 다이오드(147)의 캐소드 및 출력 인덕터(145)의 일 단과 공통 연결된다. The cathode of the
출력 인덕터(145) 및 출력 커패시터(146)는 제5 다이오드(147) 및 제6 다이오드(148)에서 정류된 전압을 평활한다.
The
도 13은 부하 조건이 50%인 경우의 도 2의 직류-직류 컨버터의 동작 파형도, 도 14는 부하 조건이 5%인 경우의 도 2의 직류-직류 컨버터의 동작 파형도이다. FIG. 13 is an operation waveform diagram of the DC-DC converter of FIG. 2 when the load condition is 50%, and FIG. 14 is an operation waveform diagram of the DC-DC converter of FIG. 2 when the load condition is 5%.
도 13a, 14a의 Vi는 공급되는 DC 전압(400V)이며, 도 13a, 14a를 참조하면, 일정한 DC 전압(Vi)이 공급되는 것을 확인할 수 있다. 13A and 14A, Vi is a DC voltage (400V) to be supplied. Referring to FIGS. 13A and 14A, it is confirmed that a constant DC voltage Vi is supplied.
도 13b, 도 14b의 Vg1은 제1 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(진한 실선)이며, Vg2는 제2 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(옅은 실선)이다. 도 13b, 도 14b를 참조하면, 제1 스위치(112) 및 제2 스위치(113)가 교번적으로 스위칭 됨을 확인할 수 있다. 그리고 암 쇼트 방지 및 영전압 스위칭 구간 확보를 위하여 일정시간 두 스위치 모드가 오프되는 상태로 동작함을 확인할 수 있다. In Fig. 13B and Fig. 14B, Vg1 is a gate signal (dark solid line) for driving the first switch, and Vg2 is a gate signal (light solid line) for driving the second switch. Referring to FIGS. 13B and 14B, it can be seen that the
도 13c, 도 14c의 Vg3은 제3 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(진한 실선)이며, Vg4는 제4 스위치를 구동하기 위한 게이트 신호(옅은 실선)이다. 도 13c, 도 14c를 참조하면, 제3 스위치(116) 및 제4 스위치(117)가 교번적으로 스위칭 됨을 확인할 수 있다. 그리고 암 쇼트 방지 및 영전압 스위칭 구간 확보를 위하여 일정시간 두 스위치 모드가 오프되는 상태로 동작함을 확인할 수 있다. Vg3 in Figs. 13C and 14C is a gate signal (dark solid line) for driving the third switch, and Vg4 is a gate signal (light solid line) for driving the fourth switch. Referring to FIGS. 13C and 14C, it can be seen that the
도 13d, 도 14d의 VM1는 제1 스위치의 드레인-소스 전압이고, VM2는 제2 스위치의 드레인-소스 전압이다. 도 13d, 도 14d를 참조하면, 제1 스위치(112)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제1 스위치(112)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. 또한, 제2 스위치(113)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제2 스위치(113)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. In Fig. 13D and Fig. 14D, VM1 is the drain-source voltage of the first switch and VM2 is the drain-source voltage of the second switch. 13D and 14D, when the
도 13e, 도 14e의 VM3는 제3 스위치의 드레인-소스 전압이고, VM4는 제4 스위치의 드레인-소스 전압이다. 도 13e, 도 14e를 참조하면, 제3 스위치(116)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제3 스위치(116)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. 또한, 제4 스위치(117)가 오프 상태로 전환되는 경우, 공진부(120)의 동작에 의하여 제4 스위치(117)의 양단 전압이 0V가 됨을 확인할 수 있다. VM3 in Figs. 13E and 14E is the drain-source voltage of the third switch, and VM4 is the drain-source voltage of the fourth switch. 13E and 14E, when the
도 13f, 도 14f의 VT1은 트랜지스터의 2차 측 권선의 전압이고, 도 13g, 도 14g의 ILr은 제1 인덕터(121)의 전류이다.13F and 14F are the voltages of the secondary side winding of the transistor, and ILr in Figs. 13G and 14G is the current of the
이와 같은 도 13 및 도 14를 참조하면, 5%~50%와 같은 넓은 부하 범위 내에서 제1 스위치 내지 제4 스위치의 드레인-소스 전압이 게이트 펄스가 인가되기 전에 영으로 떨어져 모든 MOSFET 스위치가 영전압 스위칭으로 동작함을 알 수 있다.13 and 14, the drain-source voltages of the first to fourth switches are zeroed off before the gate pulse is applied within a wide load range of 5% to 50% Voltage switching.
종래의 방식에서는 누설 인덕턴스 Lr 만을 이용하여 낮은 부하범위에서는 영전압 스위칭이 불가능하였으나, 본 발명에서 고안된 회로에서는 낮은 부하에서도 영전압 스위칭이 가능하여, 스위칭 손실을 크게 줄일 수 있다. In the conventional method, only the leakage inductance Lr is used and zero voltage switching is impossible in a low load range. However, in the circuit designed in the present invention, zero voltage switching is possible even at a low load, and switching loss can be greatly reduced.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고, 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시할 수 있는 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the appended claims.
100: 직류-직류 컨버터 110: DC-AC 컨버터
120: 공진부 130: 트랜스부
140: 정류부100: DC-DC converter 110: DC-AC converter
120: resonator part 130: transformer part
140: rectification part
Claims (11)
직류 전원을 입력받으며, 상기 입력된 직류 전원을 4개의 스위치를 이용하여 교류 전원으로 출력하는 풀-브리지 DC-AC 컨버터;
인덕터 및 커패시터를 포함하는 공진부;
상기 4개의 스위치의 스위칭 동작에 따라 1차 권선에 인가되는 전압을 2차 권선으로 유기하는 트랜스부; 및
상기 트랜스부에서 출력되는 전압을 정류하여 직류 전압으로 출력하는 정류부;를 포함하는 직류-직류 컨버터.In a DC-DC converter,
A full-bridge DC-AC converter for receiving a DC power source and outputting the input DC power as an AC power using four switches;
A resonance part including an inductor and a capacitor;
A transformer for converting a voltage applied to the primary winding to a secondary winding according to the switching operation of the four switches; And
And a rectifying unit for rectifying a voltage output from the transformer and outputting the rectified voltage as a DC voltage.
상기 DC-AC 컨버터는,
전원에서 접지로 직렬 연결된 제1 스위치 및 제2 스위치를 포함하는 제1 스위칭부; 및
상기 제1 스위칭부와 병렬 연결되며, 상기 전원에서 상기 접지로 직렬 연결된 제3 스위치 및 제4 스위치를 포함하는 제2 스위칭부;를 포함하며,
상기 트랜스부의 1차 측 권선의 일 단은, 상기 제1 스위치의 타단 및 상기 제2 스위치의 일 단과 공통 연결되고,
상기 트랜스부의 1차 측 권선의 타 단은, 상기 제3 스위치의 타 단 및 상기 제4 스위치의 일 단과 공통 연결되는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. The method according to claim 1,
The DC-AC converter includes:
A first switching unit including a first switch and a second switch connected in series from a power source to a ground; And
And a second switching unit connected in parallel with the first switching unit and including a third switch and a fourth switch connected in series from the power source to the ground,
One end of the primary winding of the transformer is commonly connected to the other end of the first switch and one end of the second switch,
And the other end of the primary winding of the transformer is commonly connected to the other end of the third switch and one end of the fourth switch.
상기 공진부는,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 제1 스위치의 양단 전압 및 상기 제2 스위치의 양단 전압이 0 전압을 갖도록 하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 3. The method of claim 2,
The resonator may include:
DC converter according to claim 1 or 2, wherein when both the first switch and the second switch are turned off, the both-end voltage of the first switch and the both-end voltage of the second switch have a zero voltage.
상기 직류-직류 컨버터는,
상기 제1 스위치 및 제2 스위치가 교번적으로 스위칭 되도록 상기 제1 스위칭부를 제어하고, 상기 제3 스위치 및 제4 스위치가 교번적으로 스위칭되도록 상기 제2 스위치부를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 3. The method of claim 2,
The DC-DC converter includes:
And a control unit for controlling the first switching unit so that the first switch and the second switch are alternately switched and controlling the second switch unit such that the third switch and the fourth switch are alternately switched Features a DC to DC converter.
상기 제어부는,
상기 제1 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제1 시간 이후에 오프 상태의 제2 스위치를 온시키고,
상기 제2 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 변화하면, 기설정된 제2 시간 이후에 오프 상태의 제1 스위치를 온시키는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 5. The method of claim 4,
Wherein,
When the first switch is changed from the on state to the off state, the second switch in the off state is turned on after a predetermined first time,
And turns on the first switch in the off state after a predetermined second time when the second switch is changed from the on state to the off state.
상기 제1 스위치, 상기 제2 스위치, 상기 제3 스위치 및 상기 제4 스위치는 MOSFET인 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 3. The method of claim 2,
Wherein the first switch, the second switch, the third switch, and the fourth switch are MOSFETs.
상기 MOSFET은 출력 커패시터를 구비하며,
상기 공진부는,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치 모두 오프된 경우, 상기 출력 커패시터의 충전된 전하를 방전시키는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. The method according to claim 6,
The MOSFET having an output capacitor,
The resonator may include:
And discharges the charged electric charge of the output capacitor when both the first switch and the second switch are turned off.
상기 제1 스위치는,
일 단이 상기 전원 및 상기 제3 스위치의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 상기 트랜스부, 상기 제2 스위치 및 상기 공진부의 일 단과 공통 연결되며,
상기 제2 스위치는,
일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 트랜스부 및 상기 공진부의 일 단과 공통 연결되며, 타 단이 상기 접지, 제4 스위치의 타 단 및 상기 공진부의 타 단과 공통 연결되는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 3. The method of claim 2,
Wherein the first switch comprises:
One end of which is commonly connected to one end of the power source and the third switch, and the other end is commonly connected to one end of the transformer, the second switch and the resonator,
Wherein the second switch comprises:
One end of the first switch is commonly connected to the other end of the first switch, the transformer and the resonator, and the other end is connected in common to the other end of the ground, the fourth switch and the other end of the resonator. - DC converter.
상기 공진부는,
일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단, 상기 트랜스부와 공통 연결되는 제1 인덕터; 및
일 단이 상기 인덕터의 타 단과 연결되며, 타 단이 상기 제2 스위치의 타 단, 상기 제4 스위치의 타 단 및 상기 접지와 공통 연결되는 커패시터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 9. The method of claim 8,
The resonator may include:
A first inductor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and the transformer; And
And a capacitor having one end connected to the other end of the inductor and the other end connected in common to the other end of the second switch, the other end of the fourth switch, and the ground.
상기 트랜스부는,
일 단이 상기 제1 스위치의 타 단, 상기 제2 스위치의 일 단 및 상기 제1 인덕터의 일 단과 공통 연결되는 제2 인덕터; 및
1차 권선의 일 단이 상기 제2 인덕터의 타 단과 연결되고, 상기 1차 권선의 타 단이 상기 제3 스위치의 타 단 및 상기 제4 스위치의 일 단과 공통 연결되며, 2차 권선이 상기 정류부와 연결된 변압기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터. 10. The method of claim 9,
The trans-
A second inductor whose one end is commonly connected to the other end of the first switch, one end of the second switch, and one end of the first inductor; And
One end of the primary winding is connected to the other end of the second inductor, the other end of the primary winding is commonly connected to the other end of the third switch and one end of the fourth switch, And a transformer connected to the DC-DC converter.
성가 제2 인덕터는,
상기 변압기의 누설 인덕턴스인 것을 특징으로 하는 직류-직류 컨버터.
11. The method of claim 10,
The second inductor,
And the leakage inductance of the transformer is a leakage inductance of the transformer.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130092544A KR20150017433A (en) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | Zero voltage switching full-bridge dc-dc converter |
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KR1020130092544A KR20150017433A (en) | 2013-08-05 | 2013-08-05 | Zero voltage switching full-bridge dc-dc converter |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022050491A1 (en) * | 2020-09-01 | 2022-03-10 | (주)에이프로 | Zero-voltage discharge device |
US12081131B2 (en) | 2021-08-02 | 2024-09-03 | Transient Plasma Systems, Inc. | Power converter comprising series resonant converter(s) having a full-bridge series resonant topology and methods of operating same |
-
2013
- 2013-08-05 KR KR1020130092544A patent/KR20150017433A/en not_active Application Discontinuation
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WO2022050491A1 (en) * | 2020-09-01 | 2022-03-10 | (주)에이프로 | Zero-voltage discharge device |
US12081131B2 (en) | 2021-08-02 | 2024-09-03 | Transient Plasma Systems, Inc. | Power converter comprising series resonant converter(s) having a full-bridge series resonant topology and methods of operating same |
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